Catégorie : matos

C’est un assemblage de plusieurs cellules solaires(environ une quarantaine)montées en série. Une cellule solaire est faite avec deux plaques de silicium, dans chaque plaque on ajoute des petites quantités de conducteurs comme le bore dans la plaque positive et le phosphore dans la plaque négative. La lumière va venir perturber l’équilibre de ces éléments entre les plaques et provoquer une circulation d’électrons, donc du jus.

1)La lumière

Appelée aussi onde électromagnétique(dans star trek, c’est pas sorcier ou question pour un champion), c’est la seule onde capable de se mouvoir dans le vide(contrairement au son, par exemple. Quand dans star wars un vaisseau pète dans un gros badaboum bin c’est du chiqué en fait). Sa vitesse dans le vide atteint presque 300000 km/h, et rien ne peut dépasser cette vitesse. Plus la lumière rencontre un milieu dense, plus elle est ralentie et déviée(contrairement à la vitesse du son toujours qui augmente avec la densité du milieu traversé). On peut considérer la lumière à la fois comme une onde et un ensemble de particules, les photons. Un photon a une masse nulle et une charge nulle, c’est pourquoi il peut se déplacer à la vitesse la plus élevée. L’énergie d’un photon de lumière augmente avec la fréquence de la lumière. Par exemple le photon d’un rayon gamma transporte des milliards de fois plus d’énergie qu’un photon  radio. Gamma, radio, pédalo….qu’est ce que ça veut dire ?

Simplement que la lumière(visible) n’est qu’une partie des ondes électromagnétiques. Leur spectre recouvre pas mal de types d’ondes, allant de grandes longueurs d’ondes(plusieurs km)à de petites longueurs d’ondes(inférieures à la taille d’un atome). Les ondes électromagnétiques comprennent: les ondes radio, les micro-ondes, l’infrarouge, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et enfin les rayons gamma avec les plus courtes longueurs d’ondes, donc les plus hautes fréquences. En fait la lumière peut être vue comme un déplacement d’énergie par petits paquets de photons.

La double personnalité de la lumière onde/corpuscule a été découverte par l’effet photoélectrique, la lumière qui percute du métal incite ce dernier à envoyer des électrons. Mais on a remarqué qu’une faible lumière bleue pouvait faire bouger ces électrons, mais pas une forte lumière rouge. Pourquoi ? parce qu’un photon « lumière bleue » aura une fréquence plus élevée que « photon rouge », du coup il sera capable de déloger l’électron contrairement au rouge. Quand l’électron d’un atome touche un niveau d’énergie suffisant il passe sur une orbite supérieure sinon rien, que dalle il reste tranquille. Et quand il touche ce niveau d’énergie et qu’il n’y a pas d’orbite supérieure à celle où il était vautré devant la télé, et bien il bouge ses fesses…et qui dit transfert d’électrons dit courant!

Pour résumer, moins la lumière sera filtrée par l’atmosphère, plus elle va conserver son énergie, ses hautes fréquences susceptibles d’activer la circulation d’électrons dans la cellule solaire, donc induire du courant! c’est pourquoi un panneau solaire sera toujours plus efficace avec un ciel bien dégagé et un soleil bien haut sur l’horizon.

2)Le panneau

Petit schéma d’une cellule photovoltaique:

La face négative(N) est dopée avec des atomes ayant plus d’électrons que le silicium(ici, le phosphore), et la face positive est dopée avec des atomes ayant moins d’électrons que le silicium(la face positive P, ici le bore). Quand les photons vont venir percuter la face N, si ils transportent assez d’énergie ils vont provoquer le transfert des électrons vers la face P, créant du jus. La puissance rayonnée par le soleil au niveau de la terre est en moyenne de 1 kw/m2, mais le rendement des cellules ne dépasse généralement pas les 20% donc pour un panneau de 1 m2 pas plus de 200 watts environ.

3)Différents panneaux

Il existe globalement trois types de panneaux solaires:

.Le monocristallin, il a le meilleur rendement. Il est bleu uniforme mais il coûte cher par contre.

.Le polycristallin, avec un rendement un peu moins bon, moins cher aussi. Il et bleu marbré.

.L’amorphe, faible rendement mais constant quel que soit le degré d’éclaircissement. Bon marché, couleur uniforme marron/gris.

 Remarque: le panneau doit être le plus possible face au soleil, l’inclinaison doit tenir compte de la latitude du lieu, donc le panneau doit être mis sur un support orientable.

Remarque: le rendement du panneau devient nul si 50% de sa surface est masquée.

Remarque: ne jamais nettoyer les panneaux avec des produits chimiques. Les nettoyer à l’eau régulièrement pour conserver un bon rendement.

Remarque: même avec de l’entretien le rendement du panneau diminue avec le temps.

4)Branchements

En général à l’arrière des panneaux il y a un boîtier contenant des diodes anti retour, elle permettent d’éviter aux batteries de se décharger dans les panneaux ce qui les abimerait. Si il n’y a pas de diodes anti retour il faut en installer. Si on installe plusieurs panneaux avec un répartiteur de charge on peut se passer de ces diodes. Pour ne pas surcharger les batteries il faut installer également un limitateur ou un régulateur de charge, comme pour les éoliennes.

Deux panneaux montés en série double leur tension produite, montés en parallèle cela double leur puissance(ampérage)produite. Il faut séparer les panneaux entre eux par des diodes anti retour. Il faut évidemment adapter le diamètre des câbles de branchement selon la puissance du courant et la distance entre les panneaux et la batterie. Ouàlaouala en gros quoi.

 

Pour les bateaux en polyester, il existe un choix de résines aux propriétés différentes. Ce choix va dépendre du tissus de fibres utilisé, du procédé de réparation ou de fabrication , des caractéristiques recherchées et bien sûr du coût. Les caractéristiques principales de ces résines sont la résistance aux UV, à l’humidité, à la température élevée, le retrait(perte de volume au séchage), la thixotropie(viscosité de la résine).

1)La résine polyester

C’est la plus courante en raison de sa grande fourchette d’utilisation et de son prix. Cette résine liquide se solidifie(polymérise)grâce à l’addition d’un catalyseur(du peroxyde organique, en général du PMEC), et le démarrage de la réaction se fait avec un accélérateur, le cobalt. L’accélérateur permet de contrôler le temps de gel, le catalyseur équilibre plutôt le temps de gel à la température ambiante. De toute façon maintenant, pour des raisons de sécurité la plupart des résines sont préaccélérées, le cobalt est déjà présent et l’on ajoute juste le catalyseur(on ajoute entre 1 et 3% de catalyseur à la résine, plus il fait froid et humide, plus on en met. En moyenne on met 2%). Il ne faut jamais en mettre trop sinon la résine ne prend pas bien(craquelures, en plus le pot du mélange peut chauffer et fondre), pas assez ça ne polymérise pas.

Il y a deux types de résines polyester, les résines isophtaliques et orthophtaliques; ces dernières sont les plus utilisées car bon marché, mais elles sont moins résistantes à l’eau(absorption d’eau importante)et donc plus vulnérables à l’osmose(infiltration lente et progressive d’eau dans les coques en polyester). En plus leurs propriétés mécaniques sont également moindres. En fait pour le nautisme il faut utiliser de la résine iso(meilleure imprégnation des tissus, meilleure résistance à l’eau et aux agents chimiques, c’est mieux quoi!).

Les résines poly peuvent être chargées(silice, microbilles de verre…)pour augmenter leur thixotropie afin de faire du mastic ou de l’enduit pour reboucher des trous par exemple. Elle s’utilise pour imprégner les tissus de verre, de kevlar, mais pas avec le carbone. Lors de l’imprégnation des tissus, il faut toujours alterner une couche de roving(tissus tramé)avec une couche de mat(tissus avec de la fibre en vrac). Pour une bonne finition le mieux est de toujours commencer et finir par une couche de mat(plus facile à poncer), il faut deux fois plus de résine pour imprégner du mat correctement par rapport au roving.

Le principal problème avec les résines iso c’est l’absorption d’eau, en effet leur reprise d’humidité peut-être importante, entrainant une baisse des qualités mécaniques pouvant mener au délaminage(couches de strate se décollent, youpi…). Pour protéger la résine iso de l’humidité on doit l’isoler, pour cela on emploie un gel-coat ou une peinture polyuréthane(bi-composant)sur le stratifié.

Pour résumer: employer de la résine iso, toujours protéger la fibre avec gel-coat ou peinture bi-composant, lors de la stratification alterner mat/roving, durcit avec du catalyseur(PMEC)pas plus de 3%, mauvaise tenue sur le bois, peut imprégner le tissus de verre ou kevlar mais pas le carbone.

2)La résine époxy

Plus chère, mais beaucoup d’avantages. Sa reprise d’eau est très faible, elle a une meilleure qualité mécanique, résiste mieux au vieillissement et au délaminage. On obtient aussi un meilleur rapport poids/volume, non négligeable pour la course par exemple. C’est la résine la plus imputrescible, elle adhère sur tout quasiment(donc le bois contrairement à la résine poly). Bref c’est le top! Par contre sa résistance aux UV est médiocre. Les stratifié en époxy donnent une meilleure isolation thermique également.

Pour le séchage on utilise cette fois un durcisseur(en général un volume de durcisseur pour deux volumes de résine, de toute façon c’est indiqué sur les pots), par contre le rapport volumétrique entre les deux doit être le plus précis possible et la température doit être optimale sinon ça ne prend pas. Cette résine peut aussi être chargée avec de la silice(pour contrôler la viscosité de la résine, augmenter la densité du mélange), des micro-fibres(collages bois) ou du micro-ballon(enduits à basse densité, renforts dans l’âme pour passer un boulon ou couler un renfort).

Quand on imprègne du tissus avec de la résine époxy, on n’utilise pas de mat. On peut l’employer pour du tissus carbone. Le faible retrait de cette résine permet d’utiliser moins de quantités également.

Pour protéger le stratifié époxy des UV on applique dessus une peinture polyuréthane, le gel-coat ne tient pas. En fait il y a une petite phrase à retenir pour l’époxy: « l’époxy tient sur tout mais rien ne tient sur l’époxy( excepté les peintures bi-composantes) ».

Pour résumer: excellente résistance à l’humidité, excellente qualités mécaniques, peu de retrait, mauvaise résistance aux UV, mise en œuvre plus exigeante(dosage durcisseur/résine, température, hygrométrie), utilisable pour stratifier le bois ou imprégner le carbone, pas de mat utilisé lors de l’imprégnation,nettement plus chère en revanche. Protection aux UV par peinture polyuréthane. Autre petit détail une fois séchée elle est plus difficile à poncer.

3)La résine vinylester

Elle se situe chimiquement entre la résine polyester et la résine époxy, le prix également. On peut stratifier du vinylester sur du polyester, et comme cette dernière on utilise du mat.

4)Le gelcoat

C’est une résine faite avec différentes charges, elle protège le stratifié et donne un rendu final lisse; en général il est pré-accéléré et durcit avec un catalyseur. D’origine il est de couleur blanche pour réfléchir la lumière du soleil et mieux protéger des UV, on peut cependant ajouter un colorant pour lui donner une couleur choisie. Il existe des gelcoats utilisables dans les moules sans paraffine et des gelcoats pour réparation ou application sur la coque avec paraffine(permet au gelcoat de sécher à l’air libre).

5)Matériel de base

Quand on utilise de la résine il faut toujours prévoir une petite balance électronique pour peser précisément les quantités et une pipette graduée pour faire des mélanges bien équilibrés, des culs de bouteille plastique secs et surtout bien se protéger les yeux et les mains. Contre les dégagements de styrène il faut toujours porter un masque à cartouche.

6)L’osmose

C’est le principal problème rencontré par les coques en polyester quand elles vieillissent. Les signes de détection sont simples: il y a formation de petites cloques sur les œuvres vives de la coque, et on peut détecter pour les cas avancés une odeur de vinaigre(acide acétique) dans les  fonds du bateau, en perçant les cloques on détecte aussi cet acide acétique. L’osmose est une réaction chimique, elle s’explique facilement en prenant le cas(pas très funky je l’admet)d’un naufragé en manque d’eau douce qui craque en buvant de l’eau de mer(houlà pas bien!).

Boire de l’eau riche en sel déshydrate, cela est dût  aux membranes des cellules. C’est une membrane semi-perméable qui protège les molécules de la cellule, elle laisse passer les molécules nécessaires à la vie mais pas les autres. En fait ses pores réduits ne laissent passer que les très petites molécules(oxygène, gaz carbonique, eau pure…)et les grosses molécules(ions du sel dissous dans l’eau)ne peuvent pas passer. Si les solutions des deux côtés d’une membrane semi-perméable ont la même concentration, le milieu est équilibré et les molécules restent chacun de leur côté bien tranquillement. Si les concentrations sont inégales, alors les molécules d’eau passeront d’un côté ou l’autre de la membrane pour rétablir l’équilibre, c’est l’osmose. Donc l’absorption d’eau salée crée un milieu extracellulaire plus concentré en sel que le milieu intracellulaire, pour rétablir une concentration homogène la cellule va « donner » de l’eau au milieu extracellulaire, et se déshydrater(un poisson d’eau douce que l’on balance en mer meurt par déshydratation).

Pour une coque en polyester c’est un peu le même principe, de l’eau pénètre dans le polyester et détruit petit à petit la résine. Pourquoi? parce que lors de la fabrication de la résine il se crée de petites cavités dans la coque remplies d’un liquide très concentré en acides, il arrive que le catalyseur employé n’ai pas imprégné parfaitement tout les recoins de la fibre. Du coup dans ce cas ci l’eau franchit le gelcoat(la membrane semi-perméable)pour baisser la concentration en acides du liquide dans la cloque. Par hydrolyse il se forme alors de l’acide acétique, et le volume d’eau augmente et ne peut plus ressortir. Comme l’eau douce est moins concentrée en ions que l’eau de mer, alors les réactions d’osmose sont encore plus importantes en eau douce(lacs, rivières).

En mer, le matériel est soumis à rude épreuve par l’eau de mer pour les œuvres vives et par l’air salin pour les œuvres mortes. Leur action chimique lente et progressive sur le métal provoque de la corrosion.

1)Principe de la pile voltaique

Inventée par Alessandro Volta, elle consistait en un empilement alterné de disques de zinc et de cuivre séparés par du carton trempé dans de l’eau salée.

La borne négative est un disque de zinc(anode)et la borne positive est un disque de cuivre(cathode). L’électrolyte dans ce cas est le carton imbibé d’eau salée. La pile crée une tension en faisant circuler des électrons, le zinc va se corroder(c’est toujours l’anode qui se corrode)et les électrons perdu par le zinc vont à la cathode(ici, le cuivre). C’est une réaction d’oxydo-réduction où le zinc est le réducteur et le cuivre l’oxydant. Pour résumer un atome de zinc perd deux électrons qui migrent vers le cuivre, à proximité de la cathode ces électrons, grâce à une réaction de réduction vont créer du dihydrogène(2H20+2é donne 2OH-+H2).

Transposons tout ça dans de l’eau de mer. En immergeant une plaque de cuivre et une plaque de zinc à proximité, le zinc se corrode. Ici l’eau de mer joue le rôle de l’électrolyte. Le phénomène s’accélère en faisant passer un courant électrique entre les deux plaques ou en augmentant la température. C’est pour cela qu’il faut particulièrement veiller aux pertes électriques sur les bateaux en aluminium. En prenant deux autres métaux différents, par exemple le bronze et l’aluminium, on observe le même principe avec l’aluminium qui se corrode(installer une vanne en bronze sur une coque en aluminium…attention!).

2)Métaux forts/métaux faibles

le rôle d’un métal(cathode ou anode)est relatif, il dépend de la nature du métal auquel il est associé par contact direct ou indirect(air salin, eau salée). Voici une liste de métaux du plus résistant au plus faible à la corrosion par effet galvanique:

Inox, Nickel, Bronze, alliage Bronze/Alu, Cuivre, Laiton, Plomb, Fonte, Acier, alliage Aluminium, Aluminium et pour finir le Zinc.

(Remarque: L’inox A4 est celui à employer en milieu marin)

Avec ça on peut savoir à l’avance dans le milieu marin « qui bouffera qui »:

Par exemple en associant du Nickel avec du Laiton,  l’anode sera le Laiton. En associant de la Fonte avec de l’Acier, l’anode sera l’Acier. Plus l’écart est grand entre deux métaux de cette liste et plus l’effet galvanique est important(Inox+Zinc=Bingo!).

3)Précautions

Pour la mise en contact de deux éléments:

Prenons l’exemple d’un mât en aluminium(le support)où l’on veut installer une platine en inox(exemple une cloche de tangon). Les fixations doivent être du même métal que l’objet fixé(ici un rivet inox par exemple), et la platine doit toujours être isolée du support par un mastic élastomère(type sika). Sinon, bonjour les dégâts! La fixation(rivet, vis)doit aussi être isolée du support(mastic élastomère pour un rivet et graisse pour une vis). Il faut toujours prendre bien soin d’ébarber les trous percés et de nettoyer les zones de contact avant la fixation pour ne pas emprisonner des copeaux d’inox sous la platine, entrainant une corrosion par piqure(éviter aussi les rayures sur les pièces).

Pour deux pièces d’un même métal, il faut aussi les isoler par un mastic. Si la platine n’est pas chanfreinée, il faut faire un chanfrein autour de la platine pour éviter que l’eau ne rentre(corrosion par aération différentielle).

4)Anodes

D’après ce qu’on a vu, les pièces métalliques sur un bateau sont soumises aux phénomènes électrolytiques, donc à la destruction progressive. Pour éviter cela on utilise des sortes de fusibles à bord, ce sont les anodes. Ces dernières vont se détruire à la place des pièces métalliques du bateau. Il faut changer régulièrement ces anodes. Elles sont faites soit en alliage Aluminium/Zinc ou en Aluminium(les métaux les plus faibles de la liste un peu plus haut). D’après ce qu’on a vu dans le petit deux, les anodes en aluminium durent plus longtemps, elles fournissent aussi une meilleure protection. Les anodes protègent la coque, l’hélice, l’arbre, le moteur in-bord. En eau douce on emploie des  anodes en Aluminium, en mer plutôt des anodes en alliage Aluminium/Zinc.

Les anciennes cordes en fibre végétale présentaient beaucoup d’inconvénients, avec l’humidité elles gonflaient et perdaient de leur résistance, pourrissaient ou moisissaient. Du coup leur rapport poids/résistance était médiocre, les rendant encombrantes. En plus elles pouvaient blesser les mains des marins surtout par temps froid(exemple: papyrus, fibre de coco, chanvres, sisal…). Heureusement il y a eu beaucoup de changement!

1)Premières cordes synthétiques

.Polyamide(nylon): il a pour origine le traitement du charbon. En brûlant il dégage une fumée blanche et une odeur de céleri, on l’emploie pour les amarres et les bouts de mouillage en raison de son aptitude à l’élasticité.

.Polyester: issus du pétrole, sa flamme dégage une fumée noire. Moins apte à s’étirer que le polyamide, il peut même devenir non déformable après traitement(pré-étirage)à la fabrication. Il est donc utile à des bouts où du mou dans la corde pourrait être désastreux(ex: drisses). On l’utilise beaucoup pour faire des gaines sur âme kevlar ou spectra.

.Polypropylène: provient du pétrole également, il dégage une odeur de cire en se consumant. C’est le moins résistant des trois mais aussi le plus économique, et il a la capacité particulière de flotter. On peut l’employer comme amarres mais il est surtout utilisé pour le matos de sécurité(ex: halin pour feu à retournement en cas d’homme à la mer).

2)Nouvelles cordes synthétiques

.Polyéthylène: de couleur blanche il brûle en dégageant une odeur de cire. Sa forte résistance pour un poids réduit permet une économie de poids sur le gréement, notamment dans les hauts(spectra, dyneema).

.Aramide(kevlar): couleur jaune beige, ne fond pas. En revanche il craint l’abrasion et les U.V, il faut donc l’utiliser sous gaine pour le protéger. On l’emploie pour les drisses, bastaques et bras de spi.

.LPC(vectran): il est jaune et on l’utilise beaucoup pour faire des manilles textile et des fixations.

.PBO(zylon): de couleur jaune. Mis sous gaine, on l’utilise pour faire des haubans.

3)Caractéristiques employés pour les bouts

.La densité: c’est la capacité du bout à flotter, comme la densité de l’eau=1, si le bout a une densité<1 alors il flotte. Sinon il coule.

.La ténacité: la résistance à la rupture.

.Le fluage: c’est l’allongement irréversible sous la contrainte d’une charge constante.

.La reprise d’humidité: c’est la quantité d’eau que retient la fibre après immersion(exprimée en %).

Concernant la charge de rupture il existe des abaques dans le choix des bouts, on peut aussi utiliser cette formule:

Charge=S*V au carré*0,02104(S=surface de la voile, V=vitesse du vent en nœuds, charge exprimée en kg).

Pour la croisière la tension moyenne est à multiplier environ par 4. L’utilisation du cordage se fait à 25% de sa charge de rupture. Pour la compétition on cherche une utilisation avec un pourcentage plus élevé à la charge de rupture, simplement pour gagner du poids.

4)Longueur des bouts

En général il faut compter la longueur avec trois tours de winch et 1,5m de dormant, puis rajouter 1,5/2m à la longueur idéale afin de recouper les extrémités qui fatiguent dans les nœuds au bout d’un certain temps.

.Ecoute de grand-voile: elle se mesure selon la démultiplication utilisée, elle ne doit pas être plus longue que la marque de vent arrière(longueur limite où, dès que l’on a choqué, la bôme touche les haubans sous le vent)augmentée de la longueur indispensable pour manoeuver au vent.

(Remarque: pour un palan de grand-voile, le rapport de démultiplication de l’écoute est égal au nombre de brins sortant de la poulie qui bouge)

.Drisse de grand-voile: elle doit pouvoir être frappée sur le pont quand elle ne sert pas avec un dormant d’au moins deux mètres à la sortie du bloqueur.

.Barre d’écoute: en étant choquée sous le vent elle doit cependant être utilisable au rappel.

.Balancine de tangon: elle doit pouvoir rester capelée sur le tangon à plat pont et prise en même temps au pieds de mât, et laisser libre le passage de l’écoute de foc.

Bosse de ris: elles doivent être suffisamment longues pour pouvoir être mises à poste avec la grand voile haute, ou au moins pour le ris un et deux(mais bon les trois c’est mieux surtout en équipage réduit).

.Bras et écoute de spi: environ deux fois la longueur du bateau plus un mètre.

.Ecoute de foc: avec le tangon à poste elle doit passer devant la balancine, au dessus du tangon et revenir au cockpit.

5)Surliures et épissures

Un nœud sur un bout fait perdre à ce dernier environ 50% de sa charge de rupture. Il existe cependant un moyen à ça: les épissures. Elles se font sur les aussières(les épissures sur les aussières à trois torons sont les plus simples)et sur les drisses principalement(un peu plus coton).

épissure sur une aussière à trois torons.

Les surliures empêchent l’extrémité du bout de s’abimer, on peut aussi utiliser des manchons thermo-rétractables(même principe que la gaine thermo-rétractable en électricité)si on n’est pas adepte de la couture. Il est bien utile de faire des surliures sur tout les bout à bord. Le fil à surlier est un fil gras afin de bien tenir en place pendant la couture, dès que la surliure est faite on le chauffe un peu au briquet pour finaliser le travail. Voilà un exemple de surliure cousue sur du trois torons(il vaut mieux faire toujours des surliures cousues, elles tiennent bien mieux dans le temps).